Epidermal growth factor promotes MDA-MB-231 breast cancer cell migration through a phosphatidylinositol 3'-kinase and phospholipase C-dependent mechanism

Epidermal growth factor receptor (EGFR) levels predict a poor outcome in human breast cancer and are most commonly associated with proliferative effects of epidermal growth factor (EGF), with little emphasis placed on motogenic responses to EGF. We found that MDA-MB-231 human breast cancer cells elicited a potent chemotactic response despite their complete lack of a proliferative response to EGF. Antagonists of EGFR ligation, the EGFR kinase, phosphatidylinositol 3'-kinase, and phospholipase C, but not the mitogen- activated protein kinases (extracellular signal-regulated protein kinase 1 and 2), blocked MDA-MB-231 chemotaxis. These findings suggest that EGF may influence human breast cancer progression via migratory pathways, the signaling for which appears to be dissociated, at least in part, from the proliferative pathways.

Serine/Threonine/Tyrosine Protein Kinase Phosphorylates Oleosin, a Regulator of Lipid Metabolic Functions

Plant oils are stored in oleosomes or oil bodies, which are surrounded by a monolayer of phospholipids embedded with oleosin proteins that stabilize the structure. Recently, a structural protein, Oleosin3 (OLE3), was shown to exhibit both monoacylglycerol acyltransferase and phospholipase A(2) activities. The regulation of these distinct dual activities in a single protein is unclear. Here, we report that a serine/threonine/tyrosine protein kinase phosphorylates oleosin. Using bimolecular fluorescence complementation analysis, we demonstrate that this kinase interacts with OLE3 and that the fluorescence was associated with chloroplasts. Oleosin-green fluorescent protein fusion protein was exclusively associated with the chloroplasts. Phosphorylated OLE3 exhibited reduced monoacylglycerol acyltransferase and increased phospholipase A(2) activities. Moreover, phosphatidylcholine and diacylglycerol activated oleosin phosphorylation, whereas lysophosphatidylcholine, oleic acid, and Ca2+ inhibited phosphorylation. In addition, recombinant peanut (Arachis hypogaea) kinase was determined to predominantly phosphorylate serine residues, specifically serine-18 in OLE3. Phosphorylation levels of OLE3 during seed germination were determined to be higher than in developing peanut seeds. These findings provide direct evidence for the in vivo substrate selectivity of the dual-specificity kinase and demonstrate that the bifunctional activities of oleosin are regulated by phosphorylation.

Interaction of Cryptococcus neoformans Rim101 and protein kinase A regulates capsule.

Cryptococcus neoformans is a prevalent human fungal pathogen that must survive within various tissues in order to establish a human infection. We have identified the C. neoformans Rim101 transcription factor, a highly conserved pH-response regulator in many fungal species. The rim101 multiply sign in circle mutant strain displays growth defects similar to other fungal species in the presence of alkaline pH, increased salt concentrations, and iron limitation. However, the rim101 multiply sign in circle strain is also characterized by a striking defect in capsule, an important virulence-associated phenotype. This capsular defect is likely due to alterations in polysaccharide attachment to the cell surface, not in polysaccharide biosynthesis. In contrast to many other C. neoformans capsule-defective strains, the rim101 multiply sign in circle mutant is hypervirulent in animal models of cryptococcosis. Whereas Rim101 activation in other fungal species occurs through the conserved Rim pathway, we demonstrate that C. neoformans Rim101 is also activated by the cAMP/PKA pathway. We report here that C. neoformans uses PKA and the Rim pathway to regulate the localization, activation, and processing of the Rim101 transcription factor. We also demonstrate specific host-relevant activating conditions for Rim101 cleavage, showing that C. neoformans has co-opted conserved signaling pathways to respond to the specific niche within the infected host. These results establish a novel mechanism for Rim101 activation and the integration of two conserved signaling cascades in response to host environmental conditions.

G protein beta gamma subunits stimulate phosphorylation of Shc adapter protein.

The mechanism of mitogen-activated protein (MAP) kinase activation by pertussis toxin-sensitive Gi-coupled receptors is known to involve the beta gamma subunits of heterotrimeric G proteins (G beta gamma), p21ras activation, and an as-yet-unidentified tyrosine kinase. To investigate the mechanism of G beta gamma-stimulated p21ras activation, G beta gamma-mediated tyrosine phosphorylation was examined by overexpressing G beta gamma or alpha 2-C10 adrenergic receptors (ARs) that couple to Gi in COS-7 cells. Immunoprecipitation of phosphotyrosine-containing proteins revealed a 2- to 3-fold increase in the phosphorylation of two proteins of approximately 50 kDa (designated as p52) in G beta gamma-transfected cells or in alpha 2-C10 AR-transfected cells stimulated with the agonist UK-14304. The latter response was pertussis toxin sensitive. These proteins (p52) were also specifically immunoprecipitated with anti-Shc antibodies and comigrated with two Shc proteins, 46 and 52 kDa. The G beta gamma- or alpha 2-C10 AR-stimulated p52 (Shc) phosphorylation was inhibited by coexpression of the carboxyl terminus of beta-adrenergic receptor kinase (a G beta gamma-binding pleckstrin homology domain peptide) or by the tyrosine kinase inhibitors genistein and herbimycin A, but not by a dominant negative mutant of p21ras. Worthmannin, a specific inhibitor of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) inhibited phosphorylation of p52 (Shc), implying involvement of PI3K. These results suggest that G beta gamma-stimulated Shc phosphorylation represents an early step in the pathway leading to p21ras activation, similar to the mechanism utilized by growth factor tyrosine kinase receptors.

Regulation of 3-phosphoinositide-dependent protein kinase-1 (PDK1) by src involves tyrosine phosphorylation of PDK1 and Src homology 2 domain binding

3-Phosphoinositide-dependent protein kinase-1 (PDK1) appears to play a central regulatory role in many cell signalings between phosphoinositide-3 kinase and various intracellular serine/threonine kinases. In resting cells, PDK1 is known to be constitutively active and is further activated by tyrosine phosphorylation (Tyr(9) and Tyr(373/376)) following the treatment of the cell with insulin or pervanadate. However, little is known about the mechanisms for this additional activation of PDK1. Here, we report that the SH2 domain of Src, Crk, and GAP recognized tyrosine-phosphorylated PDK1 in vitro. Destabilization of PDK1 induced by geldanamycin (a Hsp90 inhibitor) was partially blocked in HEK 293 cells expressing PDK1- Y9F. Co-expression of Hsp90 enhanced PDK1-Src complex formation and led to further increased PDK1 activity toward PKB and SGK. Immunohistochemical analysis with anti- phospho-Tyr9 antibodies showed that the level of Tyr9 phosphorylation was markedly increased in tumor samples compared with normal. Taken together, these data suggest that phosphorylation of PDK1 on Tyr9, distinct from Tyr373/376, is important for PDK1/Src complex formation, leading to PDK1 activation. Furthermore, Tyr9 phosphorylation is critical for the stabilization of both PDK1 and the PDK1/Src complex via Hsp90-mediated protection of PDK1 degradation.

Stabilization of Mdm2 via decreased ubiquitination is mediated by protein kinase B/Akt-dependent phosphorylation

The tumor suppressor p53 is commonly inhibited under conditions in which the phosphatidylinositide 3'-OH kinase/protein kinase B (PKB) Akt pathway is activated. Intracellular levels of p53 are controlled by the E3 ubiquitin ligase Mdm2. Here we show that PKB inhibits Mdm2 self-ubiquitination via phosphorylation of Mdm2 on Ser(166) and Ser(188). Stimulation of human embryonic kidney 293 cells with insulin-like growth factor-1 increased Mdm2 phosphorylation on Ser(166) and Ser(188) in a phosphatidylinositide 3'-OH kinase-dependent manner, and the treatment of both human embryonic kidney 293 and COS-1 cells with phosphatidylinositide 3'-OH kinase inhibitor LY-294002 led to proteasome-mediated Mdm2 degradation. Introduction of a constitutively active form of PKB together with Mdm2 into cells induced phosphorylation of Mdm2 at Ser(166) and Ser(188) and stabilized Mdm2 protein. Moreover, mouse embryonic fibroblasts lacking PKBalpha displayed reduced Mdm2 protein levels with a concomitant increase of p53 and p21(Cip1), resulting in strongly elevated apoptosis after UV irradiation. In addition, activation of PKB correlated with Mdm2 phosphorylation and stability in a variety of human tumor cells. These findings suggest that PKB plays a critical role in controlling of the Mdm2.p53 signaling pathway by regulating Mdm2 stability.

Identification of tyrosine phosphorylation sites on 3-phosphoinositide-dependent protein kinase-1 and their role in regulating kinase activity

3-Phosphoinositide-dependent protein kinase-1 (PDK1) plays a central role in signal transduction pathways that activate phosphoinositide 3-kinase. Despite its key role as an upstream activator of enzymes such as protein kinase B and p70 ribosomal protein S6 kinase, the regulatory mechanisms controlling PDK1 activity are poorly understood. PDK1 has been reported to be constitutively active in resting cells and not further activated by growth factor stimulation (Casamayor, A., Morrice, N. A., and Alessi, D. R. (1999) Biochem. J. 342, 287-292). Here, we report that PDK1 becomes tyrosine-phosphorylated and translocates to the plasma membrane in response to pervanadate and insulin. Following pervanadate treatment, PDK1 kinase activity increased 1.5- to 3-fold whereas the activity of PDK1 associated with the plasma membrane increased similar to6-fold. The activity of PDK1 localized to the plasma membrane was also increased by insulin treatment. Three tyrosine phosphorylation sites of PDK1 (Tyr-9 and Tyr-373/376) were identified using in vivo labeling and mass spectrometry. Using site-directed mutants, we show that, although phosphorylation on Tyr-373/376 is important for PDK1 activity, phosphorylation on Tyr-9 has no effect on the activity of the kinase. Both of these residues can be phosphorylated by v-Src tyrosine kinase in vitro, and co-expression of v-Src leads to tyrosine phosphorylation and activation of PDK1. Thus, these data suggest that PDK1 activity is regulated by reversible phosphorylation, possibly by a member of the Src kinase family.

STAT3, p38 MAP Kinase and NF-{kappa}B Drive Unopposed Monocyte-dependent Fibroblast MMP-1 Secretion in Tuberculosis.

Tissue destruction characterizes infection with Mycobacterium tuberculosis (Mtb). Type I collagen provides the lung's tensile strength, is extremely resistant to degradation, but is cleaved by matrix metalloproteinase (MMP)-1. Fibroblasts potentially secrete quantitatively more MMP-1 than other lung cells. We investigated mechanisms regulating Mtb-induced collagenolytic activity in fibroblasts in vitro and in patients. Lung fibroblasts were stimulated with conditioned media from Mtb-infected monocytes (CoMTb). CoMTb induced sustained increased MMP-1 (74 versus 16 ng/ml) and decreased tissue inhibitor of metalloproteinase (TIMP)-1 (8.6 versus 22.3 ng/ml) protein secretion. CoMTb induced a 2.7-fold increase in MMP-1 promoter activation and a 2.5-fold reduction in TIMP-1 promoter activation at 24 hours (P = 0.01). Consistent with this, TIMP-1 did not co-localize with fibroblasts in patient granulomas. MMP-1 up-regulation and TIMP-1 down-regulation were p38 (but not extracellular signal–regulated kinase or c-Jun N-terminal kinase) mitogen-activated protein kinase–dependent. STAT3 phosphorylation was detected in fibroblasts in vitro and in tuberculous granulomas.STAT3 inhibition reduced fibroblast MMP-1 secretion by 60% (P = 0.046). Deletion of the MMP-1 promoter NF-B–binding site abrogated promoter induction in response to CoMTb. TNF-, IL-1ß, or Oncostatin M inhibition in CoMTb decreased MMP-1 secretion by 65, 63, and 25%, respectively. This cytokine cocktail activated the same signaling pathways in fibroblasts and induced MMP-1 secretion similar to that induced by CoMTb. This study demonstrates in a cellular model and in patients with tuberculosis that in addition to p38 and NF-B, STAT3 has a key role in driving fibroblast-dependent unopposed MMP-1 production that may be key in tissue destruction in patients.

The role of lipids and protein kinase Cs in the pathogenesis of diabetic retinopathy

Diabetic retinopathy is one of the most common complications of diabetes and is a major cause of new blindness in the working-age population of developed countries. While the exact pathogenic basis of this condition remains ill defined, it is clear that hyperglycaemia is a critical factor in its aetiology. Protein kinase C (PKC) activation is one of the sequelae of hyperglycaemia and it is thought to play an important role in the development of diabetic complications. This review questions the currently held dogma that PKC stimulation in diabetes is solely mediated through the overproduction of palmitate and oleate enriched diacylglycerols. Blood glucose concentrations are closely tracked by changes in the levels of free fatty acids and these, in addition to oxidative stress, may account for the aberrant activation of PKCs in diabetes. Little is known about why PKCs fail to downregulate in diabetes and efforts should be directed towards acquiring such information. Considerable evidence implicates the PKCbeta isoform in the pathogenesis of diabetic retinopathy, but other isoforms may also be of relevance. In addition to PKCs, it is evident that novel diacyglycerol-activated non-kinase receptors could also play a role in the development of diabetic complications. Therapeutic agents have been developed to inhibit specific PKC isoforms and PKCbeta antagonists are currently undergoing clinical trials to test their toxicity and efficacy in suppressing diabetic complications. The likely impact of these drugs in the treatment of diabetic patients is considered.

The histamine H4 receptor is a potent inhibitor of adhesion-dependent degranulation in human neutrophils

The histamine H4 receptor regulates the inflammatory response. However, it is not known whether this receptor has a functional role in human neutrophils. We found that fMLP (1 μM), but not histamine (0.1-1 μM), induced Mac-1-dependent adhesion, polarization, and degranulation (release of lactoferrin). A pretreatment of neutrophils with histamine (0.001-1 μM) or JNJ 28610244 (0.1-10 μM), a specific H4 receptor agonist, led to inhibition of degranulation. Total inhibition of degranulation was obtained with 0.1 μM histamine and 10 μM JNJ 28610244. Furthermore, such inhibition by histamine of degranulation was reversed by JNJ 7777120 and JNJ 28307474, two selective H4 receptor antagonists. However, neither histamine nor the H4 receptor agonist JNJ 28610244 prevented fMLP-induced, Mac-1-dependent adhesion, indicating that the H4 receptor may block signals emanating from Mac-1-controlling degranulation. Likewise, engagement of the H4 receptor by the selective agonist JNJ 28610244 blocked Mac-1-dependent activation of p38 MAPK, the kinase that controls neutrophil degranulation. We also show expression of the H4 receptor at the mRNA level in ultrapure human neutrophils and myeloid leukemia PLB-985 cells. We concluded that engagement of this receptor by selective H4 receptor agonists may represent a good, therapeutic approach to accelerate resolution of inflammation.

Selective induction of apoptosis by the pyrrolo-1,5-benzoxazepine 7-[[dimethylcarbamoyl]oxy]-6-(2-naphthyl)pyrrolo-[2,1-d] (1,5)-benzoxazepine (PBOX-6) in Leukemia cells occurs via the c-Jun NH2-terminal kinase-dependent phosphorylation and inactivation of Bcl-2 and Bcl-XL

Overexpression of the Bcl-2 proto-oncogene in tumor cells confers resistance against chemotherapeutic drugs. In this study, we describe how the novel pyrrolo-1,5-benzoxazepine compound 7-[[dimethylcarbamoyl]oxy]-6-(2-naphthyl)pyrrolo-[2,1-d] (1,5)-benzoxazepine (PBOX-6) selectively induces apoptosis in Bcl-2-overexpressing cancer cells, whereas it shows no cytotoxic effect on normal peripheral blood mononuclear cells. PBOX-6 overcomes Bcl-2-mediated resistance to apoptosis in chronic myelogenous leukemia (CML) K562 cells by the time- and dose-dependent phosphorylation and inactivation of antiapoptotic Bcl-2 family members Bcl-2 and Bcl-XL. PBOX-6 also induces Bcl-2 phosphorylation and apoptosis in wild-type T leukemia CEM cells and cells overexpressing Bcl-2. This is in contrast to chemotherapeutic agents such as etoposide, actinomycin D, and ultraviolet irradiation, whereby overexpression of Bcl-2 confers resistance against apoptosis. In addition, PBOX-6 induces Bcl-2 phosphorylation and apoptosis in wild-type Jurkat acute lymphoblastic leukemia cells and cells overexpressing Bcl-2. However, Jurkat cells containing a Bcl-2 triple mutant, whereby the principal Bcl-2 phosphorylation sites are mutated to alanine, demonstrate resistance against Bcl-2 phosphorylation and apoptosis. PBOX-6 also induces the early and transient activation of c-Jun NH2-terminal kinase (JNK) in CEM cells. Inhibition of JNK activity prevents Bcl-2 phosphorylation and apoptosis, implicating JNK in the upstream signaling pathway leading to Bcl-2 phosphorylation. Collectively, these findings identify Bcl-2 phosphorylation and inactivation as a critical step in the apoptotic pathway induced by PBOX-6 and highlight its potential as an effective antileukemic agent.

Activation of the c-Jun N-terminal kinase (JNK) signaling pathway is essential during PBOX-6-induced apoptosis in chronic myelogenous leukemia (CML) cells

The mitogen-activated protein (MAP) kinase family is activated in response to a wide variety of external stress signals such as UV irradiation, heat shock, and many chemotherapeutic drugs and leads to the induction of apoptosis. A novel series of pyrrolo-1,5-benzoxazepines have been shown to potently induce apoptosis in chronic myelogenous leukemia (CML) cells, which are resistant to many chemotherapeutic agents. In this study we have delineated part of the mechanism by which a representative compound known as PBOX-6 induces apoptosis. We have investigated whether PBOX-6 induces activation of MAP kinase signaling pathways in CML cells. Treatment of K562 cells with PBOX-6 resulted in the transient activation of two JNK isoforms, JNK1 and JNK2. In contrast, PBOX-6 did not activate the extracellular signal-regulated kinase (ERK) or p38. Apoptosis was found to occur independently of the small GTPases Ras, Rac, and Cdc42 but involved phosphorylation of the JNK substrates, c-Jun and ATF-2. Pretreatment of K562 cells with the JNK inhibitor, dicoumarol, abolished PBOX-6-induced phosphorylation of c-Jun and ATF-2 and inhibited the induced apoptosis, suggesting that JNK activation is an essential component of the apoptotic pathway induced by PBOX-6. Consistent with this finding, transfection of K562 cells with the JNK scaffold protein, JIP-1, inhibited JNK activity and apoptosis induced by PBOX-6. JIP-1 specifically scaffolds JNK, MKK7, and members of the mixed-lineage kinase (MLK) family, implicating these kinases upstream of JNK in the apoptotic pathway induced by PBOX-6 in K562 cells.

Role of intracellular signaling pathways activated in fibroblasts in response to lipoproteins

Summary The best described physiological function of low-density lipoproteins (LDL) is to transport cholesterol to target tissues. LDL deliver their cholesterol cargo to cells following their interaction with the LDL receptor. LDL, when their vascular concentrations increase, have also been implicated in pathologies such as atherosclerosis. Among the cell types that are found in blood vessels, endothelial and smooth muscle cells have dominated cellular research on atherosclerotic mechanisms and LDL activation of signaling pathways, while very little is known about adventitial fibroblast activation caused by elevated lipoprotein levels. Since fibroblasts participate in wound repair and since it has recently been recognized that fibroblasts may play pivotal roles in vascular remodeling and repair of injury, we assessed whether lipoproteins affect fibroblast function. We have found that LDL specifically mediate the activation of a class of mitogen-activated protein kinases (MAPKs): the p38 MAPKs. The activation of this pathway in turn modulates cell shape by promoting lamellipodia formation and extensive cell spreading. This is of particular interest because it provides a mechanism by which LDL can promote wound healing or vessel wall remodeling as observed during the development of atherosclerosis. In order to understand the molecular mechanisms by which LDL induce p38 activation we searched for the component in the LDL particle responsible for the induction of this pathway. We found that cholesterol is the major component of lipoprotein particles that mediates their ability to stimulate the p38 MAPK pathway. Furthermore, we investigated the cellular mechanisms underlying the ability of LDL to induce cell shape changes and whether this could participate in wound repair. Our recent data demonstrates that the capacity of LDL to induce fibroblast spreading relies on their ability to stimulate IL-8 secretion, which in turn leads to accelerated wound healing. LDL-induced IL-8 production and subsequent wound closure are impaired upon inhibition of the p38 MAPK pathway indicating that the LDL-induced spreading and accelerated wound sealing rely on the ability of LDL to stimulate IL-8 secretion in a p38 MAPK-dependent manner. Therefore, regulation of fibroblast shape and migration by lipoproteins may be relevant to atherosclerosis that is characterized by increased LDL-cholesterol levels, IL-8 production and extensive remodeling of the vessel wall. Résumé: La fonction physiologique des lipoprotéines à faible densité (LDL) la mieux décrite est celle du transport du cholestérol aux tissus cibles. Les LDL livrent leur cargaison de cholestérol aux cellules après leur interaction avec le récepteur au LDL. Une concentration vasculaire des LDL augmenté est également impliquée dans le développement de l'athérosclérose. Parmi les types de cellule présents dans les vaisseaux sanguins, les cellules endothéliales et les cellules du muscle lisse ont dominé la recherche cellulaire sur les mécanismes athérosclérotiques et sur l'activation par les LDL des voies de signalisation intracellulaire. A l'inverse peu de choses sont connues sur l'activation des fibroblastes de l'adventice par les lipoprotéines. Puisqu'il a été récemment reconnu que les fibroblastes peuvent jouer un rôle central dans la remodélisation vasculaire et la réparation tissulaire, nous avons étudié si les lipoprotéines affectent la fonction des fibroblastes. Nous avons constaté que les LDL activent spécifiquement une classe de protéines kinases: les p38 MAPK (mitogen-activated protein kinases). L'activation de cette voie module à son tour la forme de la cellule en favorisant la formation de lamellipodes et l'agrandissement des cellules. Cela a un intérêt particulier car il fournit un mécanisme par lequel les LDL peuvent promouvoir la cicatrisation ou la remodélisation des parois vasculaires comme observés lors du développement de l'athérosclérose. Pour comprendre les mécanismes moléculaires par lesquels les LDL provoquent l'activation des p38 MAPK, nous avons cherché à identifier les composants dans la particule de LDL responsables de l'induction de cette voie. Nous avons constaté que le cholestérol est l'élément principal des particules de lipoprotéine qui contrôle leur capacité à stimuler la voie des p38 MAPK. En outre, nous avons examiné les mécanismes cellulaires responsables de la capacité des LDL à induire des changements dans la forme des cellules. Nos données récentes démontrent que la capacité des LDL à induire l'agrandissement des cellules, ainsi que leur aptitude à favoriser la cicatrisation, reposant sur leur capacité à stimuler la sécrétiond'IL-8. La production d'IL-8 induite par les LDL est bloquée par l'inhibition de la voie p38 MAPK, ce qui indique que l'étalement des cellules induit par les LDL ainsi que l'accélération de la cicatrisation sont liés à la capacité des LDL à stimuler la sécrétion d'IL8 via l'activation des p38 MAPK. La régulation de la forme et de la migration des fibroblastes par les lipoprotéines peuvent donc participer au développement de l'athérosclérose qui est caractérisée par l'augmentation des niveaux de production de LDL-cholestérol et d'IL-8 ainsi que par une remodélisation augmentée de la paroi du vaisseau.

Regulation of the memory T cell development and islet beta-cell survival by DAPK-related apoptosis-inducing protein kinase 2 (Drak2)

Drak2 est un membre de la famille des protéines associées à la mort et c’est une sérine/thréonine kinase. Chez les souris mutantes nulles Drak2, les cellules T ne présentent aucune défectuosité apparente en apoptose induite par activation, après stimulation avec anti-CD3 et anti-CD28, mais ont un seuil de stimulation réduit, comparées aux cellules T de type sauvage (TS). Dans notre étude, l’analyse d’hybridation in situ a révélé que l’expression de Drak2 est ubiquiste au stade de la mi-gestation chez les embryons, suivie d’une expression plus focale dans les divers organes pendant la période périnatale et l’âge adulte, notamment dans le thymus, la rate, les ganglions lymphatiques, le cervelet, les noyaux suprachiasmatiques, la glande pituitaire, les lobes olfactifs, la médullaire surrénale, l’estomac, la peau et les testicules. Nous avons créé des souris transgéniques (Tg) Drak2 en utilisant le promoteur humain beta-actine. Ces souris Tg montraient des ratios normaux entre cellules T versus B et entre cellules CD4 versus CD8, mais leur cellularité et leur poids spléniques étaient inférieurs comparé aux souris de type sauvage. Après activation TCR, la réponse proliférative des cellules T Tg Drak2 était normale, même si leur production d’interleukine (IL)-2 et IL-4 mais non d’interféron-r était augmentée. Les cellules T Tg Drak2 activées ont démontré une apoptose significativement accrue en présence d’IL-2 exogène. Au niveau moléculaire, les cellules T Tg Drak2 ont manifesté une augmentation moins élevée des facteurs anti-apoptotiques durant l’activation; un tel changement a probablement rendu les cellules vulnérables aux attaques subséquentes d’IL-2. L’apoptose compromise dans les cellulesT Tg Drak2 a été associée à un nombre réduit de cellules T ayant le phénotype des cellules mémoires (CD62Llo) et avec des réactions secondaires réprimées des cellules T dans l’hypersensibilité de type différé. Ces résultats démontrent que Drak2 s’exprime dans le compartiment des cellules T mais n’est pas spécifique aux cellules T; et aussi qu’il joue des rôles déterminants dans l’apoptose des cellules T et dans le développement des cellules mémoires T. En outre, nous avons recherché le rôle de Drak2 dans la survie des cellules beta et le diabète. L’ARNm et la protéine Drak2 ont été rapidement induits dans les cellules beta de l’îlot après stimulation exogène par les cytokines inflammatoires ou les acides gras libres et qui est présente de façon endogène dans le diabète, qu’il soit de type 1 ou de type 2. La régulation positive de Drak2 a été accompagnée d’une apoptose accrue des cellules beta. L’apoptose des cellules beta provoquée par les stimuli en question a été inhibée par la chute de Drak2 en utilisant petit ARNi. Inversement, la surexpression de Drak2 Tg a mené à l’apoptose aggravée des cellules beta déclenchée par les stimuli. La surexpression de Drak2 dans les îlots a compromis l’augmentation des facteurs anti-apoptotiques, tels que Bcl-2, Bcl-xL et Flip, sur stimulation par la cytokine et les acides gras libres. De plus, les expériences in vivo ont démontré que les souris Tg Drak2 étaient sujettes au diabète de type 1 dans un modèle de diabète provoqué par de petites doses multiples de streptozotocine et qu’elles étaient aussi sujettes au diabète de type 2 dans un modèle d’obésité induite par la diète. Nos données montrent que Drak2 est défavorable à la survie des cellules beta. Nous avons aussi étudié la voie de transmission de Drak2. Nous avons trouvé que Drak2 purifiée pouvait phosphoryler p70S6 kinase dans une analyse kinase in vitro. Lasurexpression de Drak2 dans les cellules NIT-1 a entraîné l’augmentation de la phosphorylasation p70S6 kinase tandis que l’abaissement de Drak2 dans ces cellules a réduit la phosphorylation. Ces recherches mécanistes ont prouvé que p70S6 kinase était véritablement un substrat de Drak2 in vitro et in vivo. Cette étude a découvert les fonctions importantes de Drak2 dans l’homéostasie des cellules T et le diabète. Nous avons prouvé que p70S6 kinase était un substrat de Drak2. Nos résultats ont approfondi nos connaissances de Drak2 à l’intérieur des systèmes immunitaire et endocrinien. Certaines de nos conclusions, comme les rôles de Drak2 dans le développement des cellules mémoires T et la survie des cellules beta pourraient être explorées pour des applications cliniques dans les domaines de la transplantation et du diabète.

Endothelin-1 and H2O2-induced signaling in vascular smooth muscle cells : modulation by CaMKII and Nitric oxide

L’endothéline-1 (ET-1) est un peptide vasoactif extrêmement puissant qui possède une forte activité mitogénique dans les cellules du muscle lisse vasculaire (VSMCs). Il a été démontré que l’ET-1 est impliquée dans plusieurs maladies cardio-vasculaires, comme l’athérosclérose, l'hypertension, la resténose après l'angioplastie, l’insuffisance cardiaque et l'arythmie. L’ET-1 exerce ses effets via plusieurs voies de signalisation qui incluent le Ca2+, les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPKs) y compris les kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2) et la voie de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB). Plusieurs études ont démontré que les dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) peuvent jouer un rôle important dans la signalisation d’ERK1/2 et de PKB induite par plusieurs facteurs de croissance et hormones. Nous avons précédemment montré que l'ET-1 produit des ROS qui agissent comme médiateur de la signalisation cellulaire induite par l’ET-1. Le peroxyde d’hydrogène (H2O2), une molécule qui appartient à la famille des ROS, peut activer les voies de la MAPK et de la PKB dans les VSMCs. Par ailleurs, nos résultats suggèrent également que le Ca2+ et la calmoduline (CaM) sont essentiels pour la phosphorylation d’ERK1/2, de p38 et de PKB induite par le H2O2 dans les VSMCs. La Ca2+/CaM-dependent protein kinases II (CaMKII) est une sérine/thréonine protéine kinase multifonctionnelle activée par le Ca2+/CaM. Il a été montré que la CaMKII est impliquée dans les voies de signalisation induite par le H2O2 dans les cellules endothéliales. Cependant, le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de la proline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2) induite par l’ET-1 et le H2O2, de même que son rôle dans l’effet hypertrophique et prolifératif de l’ET-1 dans les VSMCs demeure inexploré. Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule vasoactive impliquée dans la régulation de plusieurs réponses hormonales. Le NO peut moduler la signalisation contrôlant la croissance cellulaire induite par plusieurs agonistes d’où son rôle protecteur dans le système vasculaire. Des études ont montré que le NO peut inhiber la voie de Ras/Raf/ERK1/2 et la voie de PKB induite par le facteur de croissance endothélial (EGF) et l’angiotensine II (Ang II). Beaucoup d’autres travaux ont mis en évidence un cross-talk entre les voies de signalisation activées par l’ET-1 et le NO. La capacité du NO à inhiber la signalisation intracellulaire induite par l’ET-1 dans les VSMCs demeure inconnue. Le travail présenté dans cette thèse vise à déterminer le rôle du système Ca2+-CaM-CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 et le H2O2 ainsi que son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire induites par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également testé le rôle du NO dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 ainsi que la synthèse protéique induite par l’ET-1. Dans la première partie de notre étude, nous avons examiné le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs en utilisant trois approches différentes i.e. l'usage d'inhibiteurs pharmacologiques, un peptide auto-inhibiteur de la CaMKII (CaMKII AIP) et la technique de siRNA. Nous avons démontré que la CaMKII est impliquée dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Des études précédentes ont montré à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques comme le KN-93 que l'Ang II et les agents induisant une augmentation de la concentration en Ca2+ intracellulaire comme l’ionomycine, provoquent la phosphorylation d’ERK1/2 via la CaM dans les VSMCs. Cependant, en utilisant différentes approches, nos études ont montré pour la première fois une implication de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également rapporté pour la première fois, un rôle crucial de la CaMKII dans la pathophysiologie vasculaire associée à l’ET-1 puisque l’activation de la CaMKII joue un rôle important dans l’hypertrophie et la croissance cellulaire. Dans la deuxième partie, à la lumière des études précédentes qui montraient que les ROS agissent comme médiateurs de la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs, nous avons examiné si la CaMKII est également impliquée dans l’activation des voies d’ERK1/2 et de PKB induite par le H2O2. En utilisant des approches pharmacologiques et moléculaires, nous avons montré, comme pour l’ET-1, que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par le H2O2. Nous avons précédemment montré que la transactivation du récepteur de type I de l’insulin-like growth factor (IGF-1R) est nécessaire à l’activation de PKB induite par le H2O2. Pour cette raison, nous avons examiné l'effet de l'inhibition de la CaMKII par l’inhibiteur pharmacologique ou par le knock-down de la CaMKII sur la phosphorylation d’IGF-1R induite par le H2O2. Les résultats démontrent que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et d’IGF-1R induite par le H2O2. Dans la troisième partie de notre étude, nous avons également examiné le mécanisme moléculaire par lequel le NO exerce ses effets anti-mitogéniques et anti-hypertrophiques dans la signalisation induite par l’ET-1. En testant l'effet de deux différents donneurs de NO (S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP), sodium nitroprusside (SNP)) et un inhibiteur de NO synthase, le N (G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1, nous avons observé que le NO a un effet inhibiteur sur la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Par ailleurs, le 8-Br-GMPc, un analogue du GMPc, a un effet similaire à celui des deux donneurs du NO, tandis que l’oxadiazole quinoxaline (ODQ), un inhibiteur de la guanylate cyclase soluble, inverse l'effet inhibiteur du NO. Nous concluons que le NO diminue la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 d’une manière dépendante du GMPc. Le NO inhibe aussi les effets hypertrophiques de l’ET-1 puisque le traitement avec le SNAP diminue la synthèse des protéines induite par l’ET-1. En résumé, les études présentées dans cette thèse démontrent que l’ET-1 et le H2O2 sont des activateurs de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 dans les VSMCs et que la CaMKII s’avère nécessaire pour ce processus, en agissant en amont de l’activation de IGF-1R induite par le H2O2 dans les VSMCs. Elles montrent également que le NO inhibe la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1. Enfin, nos travaux suggèrent aussi que l’activation de la CaMKII stimule la synthèse des protéines et de l’ADN induites par l’ET-1 alors que le NO inhibe la synthèse des protéines induite par ET-1. Mots clés: Endothéline ; Peroxyde d'hydrogène ; CaMKII ; Monoxyde d’azote ; Système vasculaire ; PKB; ERK1/2; IGF-1R; Hypertrophie.